高压静电聚结破乳技术

为提高原油的电脱水效率,控制乳状液破乳程度,根据电破乳机理推导出液滴在交流电场中碰撞聚结及变形破裂的规律并分析了影响液滴运动特性的因素。研究中用设计的紧凑型静电聚结管道,对油包水乳化物施加50 Hz高压交流电,通过调节聚结管道电极板间所加电压及极板间乳化物流量qV观察液滴大小的变化规律,并计算乳化物通过聚结器前后的时间对液滴颗粒粒径的影响。结果表明,场强升高可增大液滴直径提高液滴聚结效果;但增大到一定程度时会发生电分散影响脱水效果,故应控制场强在一定范围内使得液滴聚结以提高脱水效率;同时液滴在电场中的停留时间也对聚结效果有明显的影响。     

非均匀电场下原油乳化液脱水特性

为了提高陆上及海上原油平台的脱水效率,利用同轴圆柱电极结构开展了乳化液在非均匀电场下的脱水特性研究;通过分析水滴在非均匀电场中的极化特性,建立了水滴极化及受力模型,分别对水滴运动、聚结和破裂的动力学特性进行了分析。研究结果表明:随着非均匀系数的升高,乳化液脱水速度增大;在一定范围内提高电场非均匀系数有利于乳化液最终含水率的降低,但电场非均匀系数过高容易造成电分散。在非均匀电场中,水滴受到的介电泳力和水滴之间的偶极聚结力与电场场强、水滴半径、电场的非均匀系数成正比,与水滴距电极中心的距离和水滴之间的距离成反比。水滴电分散场强与水滴电荷面密度、水滴粒径、表面张力有关,当水滴发生荷电后,其电分散场强减小。所建立的非均匀电场脱水模型较好地解释了电脱水试验现象,可为高效电脱水器的设计提供依据。     

油-水两相流界面追踪数值模拟

变压器油的绝缘性能与电力系统的稳定运行息息相关,在实际运行时变压器油中难免会混入水分等杂质。为了探究悬移水滴对变压器油绝缘性能的影响机理,本文采用有限元方法模拟简化油道模型中分散相悬移水滴的运动过程和轨迹。采用相场法模拟运动状态下油水两相间的相互作用和相变过程,进而描述油水界面的形态和运动。系统分析了电场参数、油流参数对水滴变形和聚并的影响规律。结果表明：油道中的水滴会沿着电场方向产生形变,随着电场强度的增大,其形变程度也逐渐上升,电场强度对油道中水滴的变形程度有重要影响。此外,在同一电场强度下,水滴的半径是导致水滴聚合时间长短的一个重要因素,研究发现随着半径逐渐增大,水滴之间聚合的时间越短。本文的研究为深入探究油水两相流的特性和流动机制提供了理论基础,对提高变压器的运行安全性和效率具有重要意义。     

电场强度对原油乳化液破乳脱水的影响

为选择合适的脱水电场以提高对原油乳化液的脱水效率,试验研究了不同电场强度下乳化液的脱水效率。通过水滴极化模型的建立,推导出水滴在电场中的极化电荷量及水滴间的聚结力,并得到水滴破裂的临界电场强度表达式,以此在理论上确定了最佳脱水电场强度。研究结果表明:水滴聚结的偶极力与外施电场强度、水滴半径和水滴间距有关,不同半径和间距的水滴存在不同的临界脱水电场强度;当外施电场强度小于临界电场强度时,随着外施电场强度的增加,脱水率呈上升趋势,但当外施电场强度超过水滴破裂临界电场强度时,脱水率随电场强度的增加而下降。得到的临界脱水电场强度表达式与试验结果的一致性较好,可作为确定最佳脱水电场强度的理论依据。     

非均匀和均匀电场下液滴的形变及运动行为

电场作用下液滴形变及运动行为是电脱水机理研究的重要内容,为了研究不同电场类型下液滴的运动特性,基于相场方法建立了液滴在均匀与非均匀电场下的仿真模型,研究了油中液滴在形变、位移过程中电荷密度和电场力的分布以及液滴的聚结情况,通过实验观测分析了液滴在均匀场与非均匀场中的形变以及运动行为。研究结果表明,液滴在非均匀场中不仅发生如同在均匀场中的形变,而且会在介电泳力作用下向电场集中区域发生移动;液滴表面极化出的电荷密度以及其所受到Maxwell应力从液滴中部向两端逐渐增大,在均匀电场中对称分布在液滴两端,而在非均匀电场中靠近电场集中区域的电荷密度和Maxwell应力最大;在一定范围内提高电场强度,液滴在非均匀电场中的接触机率比均匀场中的大,受到的偶极吸引力增大,使液滴间的聚结速度大于均匀电场中的聚结速度,但过高的电场强度容易使液滴破裂。     

车顶绝缘子表面水珠及降落水滴电场分布及其对闪络特性的影响

绝缘子表面水珠、水膜及降落水滴引起的电场畸变会使电场强度过大从而会引发放电,破坏憎水性,同时对其闪络特性有一定的影响。为此,分析了水滴参数在不同电场旋转角的作用下对水珠表面电场的影响,探究了降落水滴对空间电场及闪络特性的影响。研究结果表明:水珠表面电场畸变特征与原始电场强度方向有关,为优化电场分布可以考虑改变绝缘子空间电场方向,使水珠处于电场旋转角θ较小的电场环境中;染污水滴滴落时空间电场强度增强,高电场强度区域增多,电弧沿着间隙和导电水流发展,可能导致引起高压端直接对车顶击穿;水滴周围电场强度最大值随气流速度的增大而增大,但水滴偏转角会影响闪络路径,因此只有适当的低速气流才会加大绝缘子闪络概率。     

大尺寸油纸绝缘结构多电压应力下空间电场特性

换流变压器油纸绝缘设计可靠性主要依靠仿真计算及简易等效模型下的电场实测校验,缺乏大尺寸复杂结构下电场实测验证,该文利用研发的基于Kerr电光效应的空间电场测量传感器,针对换流变压器阀侧出线大尺寸油纸绝缘模型,获得了直流电压、交流电压及极性反转电压下,模型不同油道内油中电场特性,试验结果表明:①正极性直流电压下,随着加压时间的延长,外侧油道的油中电场逐渐降低,内侧油道和中间油道的油中电场逐渐增加,稳态时内侧油道的电场强度比电容-电阻率(RC)模型计算值增大了2.04倍;负极性直流电压下,油道内电场特性与正极性电压下一致;②交流电压下,油中电场随加压时间基本保持不变,电场强度实测值与仿真值结果最大差异为4.08%;③极性反转电场下,极性反转时间越短,反转后油中电场越高,且不同油道内界面电荷积聚状态的不同会导致其油中电场过零点与外施电压过零点时刻不一致。该文提出了基于油纸界面电荷动态变化过程的油中电场分析方法,对直流电压及极性反转电压下油中电场及电荷特性进行了机理解释。     

交流和直流电场作用下的乳化液电脱水特性

电场类型及电场强度对原油电脱水效率及脱水电场的稳定性有显著影响。为研究不同初始含水率原油乳化液在电脱水时宜采用的脱水电场类型及电场强度,在实验室试验研究了原油乳化液在交流电场和直流电场作用下的电脱水效果;并从理论上分析了交流电场和直流电场作用下的原油乳化液电脱水机理,建立了交流电场和直流电场作用下的水滴运动模型,得到了水滴电分散电场强度和水滴电泳速度的表达式。结果表明:乳化液电脱水存在最佳临界电场强度,当电场强度超过临界电场强度时将引起水滴电分散,导致脱水率下降;交流电场对高含水率乳化液的脱水速度高于直流电场下的脱水速度,且脱水电场稳定;直流电场对低含水率乳化液有深度净化作用,可提高乳化液的脱水率;所建立的电脱水理论模型较好地解释了不同电压下的电脱水试验现象,并为确定最佳脱水电场强度和选择不同含水率乳化液的脱水电场类型提供了理论依据。     

直流叠加高频交流方波电场下乳化液电脱水试验研究

为了提高原油乳化液破乳效果和电脱水效率,提出采用直流叠加高频方波电场进行原油电脱水的方法。在实验室中开展了直流叠加高频方波电场下乳化液电脱水试验研究,分析该方法下乳化液中水滴的聚并机理,并借助于高速相机观察了乳化液中水滴的运动及水链的消散过程。理论与试验结果表明:采用直流叠加高频方波电场可充分发挥直流和方波电场下的各自脱水优点,使水链易于消散,保证脱水电场的稳定,提高乳化液的电脱水速度和脱水率,且叠加高频交流方波含量在10%～20%范围内,脱水效果最佳,研究结果可为原油生产现场的脱水工艺改进提供参考。     

JFL型聚结式精密分滤机在莱钢热电厂的应用

莱钢股份有限公司热电厂两台1.2 MW汽轮机发电机组油系统采用32号透平油。该机组自投产 以来，高压轴封漏汽大,虽经多次改造,均效果不佳。汽轮机油含水量特别大，且杂质多，润 滑油滤油器滤芯更换频繁，劳动强度大，费用高，并多次因倒换滤油器而故障停机。1997年 采用了JFL型聚结式精密分滤机后 ，解决了油中水分大（大水）的问题，汽轮机油的更换周 期由6个月延长至48个月，仅此一项每年就可降低运行成本十余万元。JFL型聚结式精密分滤机特别适合用于油的大水分离，其采用聚结和分离两 种元件。聚结元 件较为复杂，按结构层次分别有纳…